面向低碳目标的电力系统节能与经济运行评价系统

古力巴哈尔·阿比力孜

摘 要：在复杂电源电网环境下对电力系统规划方案以及运行方式进行论证与优化，对于提高电力系统的节能经济性，降低系统的碳排放强度具有重要意义。文章提出了面向低碳目标的电力系统节能与经济运行分析评价技术并研发了软件系统。节能与经济运行评价系统以电力系统运行模拟技术为核心，基于时序负荷曲线，通过考虑多类型电源相协调的安全约束机组组合，实现对电网全年逐日的精细化运行模拟，在此基础上构建了系统运行成本、能耗、排放与电网效率等多维度评价指标，实现对电力系统节能与经济运行的多维度评估。

关键词：节能与经济运行；电力系统规划；运行模拟；低碳

0 引言

电网的运行效率体现了电力规划与运行的精益化水平，对于电网企业的经营效益具有重要影响。如何在保证电力规划安全可靠的同时提高未来电网在运行层面的效率，成为电力规划工作需要关注的内容。因此在电力规划中，精细化考虑电网运行方式，深入分析未来电网运行的经济效率，评估电网运行的经济性与节能性，对于电力行业具有重要的现实意义。

1 节能与经济评价方法关键技术

1.1 机组检修计划安排

由于新能源的大规模接入，系统运行对调峰容量的需求大大增加，因此在检修计划中应考虑常规电源检修安排的时间协调问题，保证当新能源机组出力较大时，系统能够提供足够的调峰容量；由于跨区电力交换规模的扩大，系统在指定检修计划时需要考虑不同区域检修计划的空间协调，保证不同区域有合理的检修备用容量。综上，本文提出的检修方法以传统等备用率检修优化模型为基础，在考虑常规检修约束（连续检修约束、检修资源约束等）的同时，增加了分区备用约束与系统调峰需求约束，确保了模型的灵活性与合理性。

1.2 季节性风力发电运行模拟

新疆区域有较多的地区都是采用风力发电，因此在喊风电机较多的地区的电力系统规划中，精细化对风电的运行模拟具有重要意义。精细化风电的运行模拟主要体现在如下几个方面：首先风力发电具有季节性，需要考虑风电的季节性运行调度，将风电电量合理分配到每日送电量日程中；其次风力发电的运行具有一定的特殊性，在运行模拟中需要考虑到季节性风力发电的运行约束。风力发电群的优化运行过程如下：对可调度以及可调节的风力发电厂，建立最大化的风力机组发电量以及最大化的调峰效益的多目标优化模型，约束条件包含了风力的物理运行约束、安全运行约束、风电机组运行约束、季风风向约束等。通过对风电过程的条件约束，决定了风力机组的风量，实现了最大化的风电机组发电效益以及调峰效益的目标。

1.3 间歇性新能源出力运行模拟

光伏时序出力曲线生成的思路是：根据实际的光伏系统的运行数据分析光伏出力的分布特性与随机特性，对太阳能光伏出力的确定性部分与随机性部分分开建模。针对光伏出力的確定部分，通过建立全球太阳辐射模型，模拟出无任何遮挡情况下地球上任意地点任意时刻的太阳辐照强度，从而计算出光伏预测出力的上限值；对于光伏出力的随机部分，提出光伏遮挡因子的概念，对光伏发电随机性部分进行建模，建立光伏遮挡因子的概率分布模型，从而得到光伏出力的随机部分模拟值。通过叠加确定性与随机性部分的结果，从而生成光伏系统的出力时间序列。

1.4 考虑多种电源协调的面向低碳目标的日运行模拟方法

结合电力系统实际调度方法，提出了面向节能经济目标的电网优化调度日运行模拟模型，实现以日为单位的生产运行模拟。日运行模拟模型中，基于时序负荷曲线，建立考虑线路安全约束的机组组合与经济调度模型，实现多种目标函数、多种类型的机组、多种约束条件以及多种调度运行方式的模拟。

2 节能与经济运行评价指标体系

2.1 安全可靠性指标

电力不足概率和电量不足期望值，此外，统计各线路以及断面的潮流持续曲线，实现对电网关键断面传输裕度的概率化计算，分析线路的利用率以及阻塞概率。

2.2 经济性指标

包括电网运行成本、购电费用、线路负荷率分析、系统网损分析、电网对新能源的消纳评估等方面。

2.3 节能环保型指标。

包括计算期内耗煤量、CO2排放量、碳氢化合物排放量、氮氧化合物排放量、SO2排放量、灰渣排放量和烟尘排放量等。

3 节能与经济运行模拟评价系统

3.1 总体设计路线

系统在给定的系统调度运行模式下，能够实现系统全年的运行模拟。系统运行模拟中考虑包含常规火电、燃机、热电、核电、风电以及光伏发电等在内的多种类型电源运行特性，实现基于三公调度、节能发电调度、最优成本调度等多目标系统运行方式优化功能。建立基于运行模拟技术的节能经济运行指标体系，通过对系统短期及中长期运行形态的分析，能够形成系统运行成本、节能、排放、利用效率等多维度评价指标，合理评价系统安排运行方式以及电力规划方案的合理性与经济性。

3.2 系统可视化交互功能

3.2.1 基本数据交互

电源信息功能实现对电厂基础信息、机组基础信息、机组报价、发电集团、风电场信息、风区信息、光伏电站信息、光区信息等维护修改的功能。

电网信息功能实现对供电区域基本信息、变电站基础信息、输电线路基础信息、断面信息及联络线信息等维护修改的功能。

负荷信息功能实现对供电区域、变电站数据、变压器数据、线路数据及联络线数据进行96点有功、无功负荷及日月年负荷特性进行修改、删除与查询及负荷特性的自动统计。

运行参数功能实现对机组运行方式、调度运行目标、电源电网协调等控制参数与指令的设置与维护。

3.2.2 系统运行经济性分析

购电成本分析模块提供对购电成本、购电量、购电均价等的分析功能。

运行成本分析包含发电侧成本与电网侧成本。发电侧成本模块提供对购电量、运行成本（可变运行成本、启停成本、固定成本）、成本贡献等进行快速查询分析功能；电网侧成本模块提供对平均网损、网损率、网损电量、网损成本等指标进行快速查询分析。

3.2.3 节能与环保分析

煤耗分析，气耗分析，弃水、弃风、弃光分析等。以煤耗为例，可通过供电区域、机组容量级别、多场景对比等分析系统煤耗量或煤耗率。

3.2.4 环保性分析包括从不同区域

不同机组类型等维度对碳排放量、污染物排放量等的统计对比分析。

4 结论

本文提出了面向低碳目标的电力系统节能与经济评价技术与方法。该技术以电力系统运行模拟为核心，同时也建立了基于运行模拟技术的节能经济运行指标体系。在此基础上，开发了电力系统节能与经济运行分析系统，分别设计了软件系统的构架、数据结构、功能子模块以及评价结果。该系统能够实现对电力系统节能与经济运行的多维度评估。

参考文献：

[1]杨柳，吴鸿亮，门琨.南方电网节能与经济运行评价方法[J].电力系统自动化，2014，38（17）：31-38.